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FDTD在RCS计算中的几何处理和并行计算研究

张明  
【摘要】:隐身与反隐身在现代电子对抗中体现出越来越重要的作用,研究目标的电磁散射特性是隐身装备研制与反隐身系统开发的基础。用FDTD(Finite-difference time-domain)方法计算目标的雷达散射截面(Radar Cross Section简称RCS)具有计算精度高的优点,但是也存在着复杂模型建模困难、计算内存需求大和计算效率低等缺点。本文提出自己的解决方案,并采用面向对象的设计思想设计,融合相关技术,实现了FDTD方法计算RCS的完整计算系统。 本系统集成了3D模型导入显示、模型自动剖分、网格模型显示、计算参数设置和计算结果对比等功能。图形化的界面显示使操作变得简便;模块化的设计理念,使系统的扩充变得方便;基于集群的计算使得系统性能更加优良,因此,本系统具有良好的应用前景。 本文内容主要包括两个部分:复杂模型的剖分和FDTD计算。复杂模型剖分的核心算法本文采用了3D扫描线算法,应用BSP(Binary Separate Partition)树加速模型的剖分,采用out-of-core的策略,解决了电大目标的剖分问题。在应用FDTD方法计算RCS时,采用缓存的机制,解决内存需求过大的问题。 本文研究了并行计算中并行算法程序的设计、任务划分、数据通信等问题,同时还分析了模型剖分的算法流程,随后修改原有的串行模型剖分程序使之支持多机并行执行,最后把程序移植到集群上进行并行剖分。我们还研究了FDTD算法程序,根据计算RCS的特点,通过少量的代码修改把原先的FDTD程序移植到集群上进行RCS计算,并取得了很好的效果。


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